A amônia é um produto químico essencial para muitos processos agrícolas e industriais, mas seu modo de produção vem com um custo incrivelmente alto de energia. Várias tentativas têm e são feitas para produzir amônia com mais eficiência. Pela primeira vez, um grupo incluindo pesquisadores da Universidade de Tóquio combinou nitrogênio atmosférico, água e luz photo voltaic e usando dois catalisadores, produziu quantidades consideráveis de amônia sem um alto custo de energia. Seus processos espelham os processos naturais encontrados em plantas utilizando bactérias simbióticas.
Você provavelmente já ouviu falar de amônia, especialmente em relação à agricultura, onde é um componente essencial dos fertilizantes que alimentam as culturas das quais todas as nossas vidas dependem. Mas aqui estão alguns números para pintar uma imagem de por que a amônia é tão importante e impactante: pouco menos de 200 milhões de toneladas de amônia são produzidas anualmente, e 80% disso é usado para fertilizantes. Além disso, sua produção representa cerca de 2% de todo o consumo de energia do mundo e, correspondentemente, cerca de 2% de todas as emissões de dióxido de carbono do mundo. Com essas coisas em mente, é compreensível o motivo pelo qual pesquisadores de todo o mundo estão tentando criar um meio mais limpo e eficiente para produzir amônia.
O professor Yoshiaki Nishibayashi do Departamento de Química Aplicada da Universidade de Tóquio e sua equipe fez recentemente avanços significativos nesse objetivo. Eles conseguiram o desenvolvimento de um novo sistema catalítico para produzir amônia a partir de moléculas abundantes encontradas na Terra, incluindo nitrogênio e água atmosférica. A chave está em uma combinação de dois tipos de catalisadores, compostos intermediários que permitem ou aceleram as reações sem contribuir para a mistura closing, feitas especialmente para a produção de amônia e que são impulsionadas pela luz photo voltaic.
“Este é o primeiro exemplo bem -sucedido de produção de amônia fotocatalítica usando dinitrogênio atmosférico como fonte de nitrogênio e água como fonte de prótons, que também usa energia luminosa visível e dois tipos de catalisadores moleculares”, disse Nishibayashi. “Utilizamos um fotocatalisador de irídio e outro produto químico chamado fosfina terciária que permitia a ativação fotoquímica de moléculas de água. As eficiências de reação foram maiores que o esperado, em comparação com relatos anteriores da formação de amônia fotocatalítica acionada pela luz visível”.
O problema das reações químicas é que elas nem sempre acontecem o mais rápido que você deseja, ou da maneira que você deseja. E para controlar o resultado, a eficiência, o tempo e assim por diante de um processo, você precisa envolver componentes adicionais além dos ingredientes crus. É aqui que entra os catalisadores. Nishibayashi e sua equipe utilizaram dois catalisadores para esses experimentos, um baseado no molibdênio de metallic de transição para a ativação de dinitrogênio e outro baseado no irídio de metallic de transição para a fotoativação de fosfinas terciárias e água. Um terceiro componente chamado fosfinas terciárias também é essencial para ajudar a tirar os prótons das moléculas de água.
“Quando o fotocatalisador de iridium absorve a luz photo voltaic, seu estado excitado pode oxidar as fosfinas terciárias. As fosfinas terciárias oxidadas ativam as moléculas de água através da formação de uma ligação química entre o fosforus atom da fosfina e a água, produzindo prótons”, disse Nishibayashi. “O catalisador de molibdênio permite que o nitrogênio se una a esses prótons para se tornarem amônia. O uso da água para produzir átomos de di -hidrogênio ou hidrogênio é um dos processos mais importantes para alcançar a produção de amônia verde”.
A equipe conseguiu produzir essa reação em uma escala 10 vezes a de experimentos anteriores, sugerindo que está pronta para ensaios em escalas maiores, embora ainda existam alguns problemas que possam melhorar ainda mais a segurança e a eficácia. Alguns dos componentes, como as fosfinas terciários, podem ser fabricados usando energia photo voltaic ou reciclados de óxidos de fosfina. E, embora sejam estáveis, eles podem ser tóxicos se ingeridos pelas pessoas, por isso seria ultimate encontrar uma maneira responsável de descartá -las ou reciclá -las.
“Nas plantas, a amônia é formada pela fixação biológica de nitrogênio usando cianobactérias e está ligada à fotossíntese”, disse Nishibayashi. “Aqui, os elétrons para a reação são fornecidos pela fotossíntese e os prótons são derivados da água. Portanto, os achados de nosso estudo recente podem ser considerados um exemplo bem -sucedido da fotossíntese synthetic da amônia”.
